JPS6330821A - 光変調器およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、１３〜１．６　μｍの波長領域の光を高速か
つ低電圧で変調する量子井戸構造を有する量子井戸形光
変調器およびその製造方法に関するものである。

［従来の技術］ 光通信においては、連字、半導体レーザを駆動する注入
電流自身を、伝送したい情報の信号により変化させて、
その情報を光の強弱の形に変えて伝える直接変調方法を
用いられている。この方法では、数Ｇｂ／Ｓ以上の高速
で長距離にわたり光ファイバを通して情報を伝送する場
合、レーザ光のスペクトル幅が広がり、群遅延の広がり
はほぼこれによって決まってしまう。

このため、光ファイバの低損失領域である１５５μｍ帯
を用いた光通信など、ざらに高速伝送や無中継長距離伝
送、あるいは光の性質を利用したコヒーレント光通信を
実現しようとすると、高性能の外部変調器が不可欠とさ
れる。

従来、かかる外部変調器として、　ＬｉＮ’ｂ０３のバ
ルク結晶が主として用いられており、これにより２０Ｇ
Ｈｚの高周波変調も実現されている。しかし、この変調
器には、時間的に出力がドリフトするなど安定性に難点
があった。

これに対し、ＧａＡｓやＩｎＰなどの化合物半導体結晶
には、安定性に優れ、しかも他の光デバイスとのモノリ
シック集積化を実現できる利点があり、その研究が進め
られているが、高速変調特性にやや難点かあった。

この欠点を克服するために、ＧａＡｓ／ＡｆｌＧａＡｓ
系の量子井戸構造を採用して、上記バルク結晶よりも効
率よく高速に光変調を行うことがＡｐｐｌ、　Ｐｈｙｓ
、Ｌｅｔｔ、　Ｖｏｌ、４４．　ｐｐ、１６　（１９８
４）　　において提案され、良好な結果が得られている
。しかし、この場合には光伝送に通した長波長帯１．３
〜１．６μｍでは動作できないという欠点があった。

この問題を解決するために、我々は先に特願昭６０−１
３９３３号、特願昭８１−３１７８２号を提案し、逆方
向電圧に応じて吸収係数を変化させ、人力光の強度を信
号電圧に応じて変調する方法を提案した。

この方法では、高速かつ光の消光比も比較的良好な結果
が得られたが、その木質上、吸収効果を利用しているた
め、吸収された光はいずれは熱となり温度上昇に伴う吸
収特性の変化を生ずる欠点があった。これは、入力光の
出力が大きくなるにつれて問題となり、ざらに、量子効
果のために光出力が大きくなると、吸収係数そのものが
飽和あるいは低下する等の非線形効果を生じてしまう欠
点があった。

また、かかる変調器を方向性結合器として使用する場合
、特願昭６１−３１７８２号に限らず広く方向性結合器
一般の欠点であるが、ストリップ装荷構造を２本手行に
配置し、かつストリップ装荷間隔と装荷部の幅をそれぞ
れ数μｍ程度に精度よく加工しなければならず、素子作
製上問題であった。

［発明が解決しようとする問題点コ そこで、本発明の目的は、このような問題点を解決し、
光の位相を電界により効率よく変調することが可能な光
変調器を提供することにある。

本発明の他の目的は、上述の問題点を解決して、良好な
先導波機能をもち効率よい光変調が可能な光変調器を選
択エツチングにより適切に製造する方法を提供すること
にある。

［問題点を解決するための手段〕 このような目的を達成して、光変調を高速かつ効率よく
行うために、本発明では、光を多重量子井戸（ＭＱＷＪ
層構造に平行に入射して光の吸収長を長くとれるように
するとともに、量子井戸構造からなる複数の活性層のう
ち、ρ形およびｎ形りラット層で挟まされたーの活性層
に電界を加えて先導／１１機能を変え、他の−の活性層
に光を導波させる。

すなわち、本発明光変調器の第１の形態は、半導体基板
と、半導体基板の一方の主面上に配置した第１クラッド
層と、障壁層と量子井戸層とから成り、第１クラッド層
の上に配置した活性層であって、活性層一方の端面から
入射した光を他方の端面から出射させる゛光導波路の形
成される少なくとも２つの活性層と、少なくとも２つの
活性層に形成される光導波路の形状に対応した形状を有
し、少なくとも２つの活性層のうち半導体基板から最も
遠い位置にある活性層上に配置した第２クラッド層と、
少なくとも２つの活性層の間に配置した少なくともひと
つの第３クラッド層と、半導体基板の他方の主面上に配
置した第１電極と、第２クラッド層の上に配置した第２
箪極とを具え、第１電極と第２電極との間の印加電圧に
応して、少なくとも２つの活性層に光導波路が限界され
ると共に、その光導波路に入射する光がいずれの活性層
内を導波されるかの状態を変化させるようにしたことを
特徴とする。

本発明光変調器の第２の形態は、半導体基板と、半導体
基板の一方の主面上に配置した第１クラッド層と、障壁
層と量子井戸層とから成り、第１クラッド層の上に配置
した活性層であって、活性層一方の端面から入射した光
を他方の端面から出射させる光導波路の形成される少な
くとも２つの活性層と、少なくとも２つの活性層に形成
される光導波路の形状に対応した形状を有し、少なくと
も２つの活性層のうち半導体基板から最も遠い位置にあ
る活性層上に配置した第２クラッド層と、第２クラッド
層と少なくとも２つの活性層のうち半導体基板から最も
違い位置にある活性層との間に配置した緩衝層と、半導
体基板の他方の主面上に配置した第１電極と、第２クラ
ッド層の上に配置した第２電極とを具え、第２クラッド
層および第２電極は、緩衝層の上でメサストライプの形
態となし、第１電極と第２電極との間の印加電圧に応じ
て、メサストライプに対応して、少なくとも２つの活性
層に光導波路が限界されると共に、その光導波路に入射
する光がいずれの活性層内を導波されるかの状態を変化
させるようにしたことを特徴とする。

本発明光変調器の第３の形態は、ＩｎＰ基板と、ＩｎＰ
と格子整合しているＩｎ＋−ｘｉ−ｙ＋Ｇａｘ１−　ｙ
＋Ａｓ（ただし、０≦ｙよ）よりなる量子井戸層と、Ｉ
ｎＰと格子整合しているＩｎ１−Ｘ２−ｙ２Ｇａｘ２Ａ
文、２Ａｓ（ただし、ｙｌ＜ｙ２．ｏ≦ｘ２）よりなり
、量子井戸層に比し広い禁制帯幅を有する障壁層とを順
次にかつ交互に積層した多重量子井戸構造の形態の第１
の活性層と、第１の活性層と同一の組成および厚さをも
つ第２の活性層と、第２の活性層の一方の主面上に配置
された第１の４電型を有するＩｎｎ−ｘ３−ｙ３Ｇａｔ
ｙＡｆｌ　ｙ３Ａｓ　（ただしＯ≦ｘ３　、　ｙ３≦ｙ
２）からなる第１のクラッド層と、第１の活性層の第２
の活性層とは反対側の主面上に配置された第１の導電型
とは逆の第２の導電型を有するＩｎ＋−ｗ３−ｙ３Ｇａ
ｘｊＡｆＬｙｙＡＳ　（ただし０≦ｘａ、ｙ、≦ｙ２）
からなる第２のクラッド層と、第１と第２の活性層の間
に配置された第１の導電型を有するＩｎ１　−ｘ３−ｙ
ｚＧａｘ３Ａ１　ｙ３Ｇａｘ３Ａｌｙ３Ａｓ　（ただし
０≦ｘ３　、：Ｙ３≦ｙ２）からなる第３のクラッド層
とを具えたことを特徴とする。

本発明光変調器の第４の形態は、　ＩｎＰ基板と、Ｉｎ
Ｐ　と格子整合しているＩｎ１−ｘｉ−ｙ＋ＧａｘｌＡ
１　、＋Ａｓ（ただし、０≦ｙｔ）よりなる量子井戸層
と、ＩｎＰ　と格子整合しているＩｎ、−ｘ２−ｙ２Ｇ
ａｘ２ＡＩｌ１１２Ａｓ（ただし、ｙｌ＜ｙ２．０≦ｘ
２　）よりなり、量子井戸層に比し広い禁制帯幅を有す
る障壁層とを順次にかつ交互に積層した多重量子井戸構
造の形態の第１の活性層と、第１の活性層と同一の組成
および厚さをもつ第２の活性層と、第２の活性層の一方
の主面上に配置された第１の導電型を有するＩｎｒ−ｘ
３−ｙ３Ｇａｘ３Ａｆｌ　）Ｔ３Ｇａｘ３Ａｌｙ３Ａｓ
　（ただし０≦ｘ３．ｙ３≦ｙ２）からなる第１のクラ
ッド層と、第１の活性層の第２の活性層とは反対側の主
面上に配置された第１の導電型とは逆の第２の導電型を
有するＩＪ−ｘ３−ｙ３Ｇａｙ３−　）Ｔ３Ｇａｘ３Ａ
ｌｙ３Ａｓ　（ただし０≦ｘ３　、３’３≦ｙ２）から
なる第２のクラッド層と、第１と第２の活性層の間に配
置された第２の導電型を有するＩｎ１−Ｘ３−．３Ｇａ
Ｘ３Ａｕ　ｙ３Ｇａｘ３Ａｌｙ３Ａｓ　（ただし０≦ｘ
３　、３’３≦ｙ２）からなる第３のクラッド層とを具
えたことを特徴とする。

本発明光変調器の第５の形態は、ＩｎＰ基板と、ＩｎＰ
　と格子整合しているＩｎ１−ｘｉ−ｙｌＧａｘｌＡＪ
２　ｙ１Ｇａｘ１Ａｌｙ１Ａｓ（ただし、０≦ｙよ）よ
りなる量子井戸層と、ＩｎＰ　と格子整合しているＩｎ
１−＋＋２−ｙ２Ｇａｘ２ＡＩｌｙ２Ａｓ（ただし、ｙ
＋＜ｙ２．０≦ｘ２）よりなり、量子井戸層に比し広い
禁制帯幅を有する障壁層とを順次にかつ交互に積層した
多重量子井戸構造の形態の第１の活性層と、第１の活性
層と同一の組成および厚さをもつ第２の活性層と、第２
の活性層の一方の主面上に配置された第１の導電型を有
するＩｎ１−ｘ３−ｙ３Ｇａｘ３＾ｕｙ３Ａｓ（ただし
０≦ｘ３．３／３≦ｙ２）からなる第１のクラッド層と
、第１の活性層の第２の活性層とは反対側の主面上に配
置された第１の導電型とは逆の第２の導電型を有するＩ
ｎ＋−ｘ３−ｙｚ−　ｙ３Ｇａｘ３Ａｌｙ３Ａｓ　（た
だし０≦ｘ３　、　ｙ３≦ｙ２）からなる第２のクラッ
ド層と、第１と第２の活性層の間に配置された第１の導
電型を有するＩｎ＋−ｘ３−ｙｓ−　）１３Ａｓ　（た
だし０≦ｘ３　、３’３≦３７２）からなる第３のクラ
ッド層と、第１の活性層と第２のクラッド層との間に配
置されたＩｎＰ層と、ＩｎＰ層と同一の導電型を有し、
当該ＩｎＰ層上に配置されたＩｎ１−ｘ４ＧａＸ４＾Ｓ
（ただし０≧ｘ４）によるキャップ層とを具え、ＩｎＰ
基板とキャップ層との間に印加する電圧に応じて、第１
および第２の活性層のいずれかに入射する光を第１およ
び第２の活性層のいずれに導波させるかを定めるように
したことを特徴とする。

本発明光変調器の第６の形態は、ＩｎＰ基板と、ＩｎＰ
と格子整合しているＩｎ＋−ｘｉ−ｙ＋Ｇａｘ＋Ａｕ　
ｙ１Ｇａｘ１Ａｌｙ１Ａｓ（ただし、０≦ｙｔ）よりな
る量子井戸層と、ＩｎＰと格子整合しているＩｎ、−ｘ
□−ｙ２Ｇａｘ２−　ｙ２ＡＳ（ただし、ｙ１＜ｙ２、
０≦ｘ２）よりなり、量子井戸層に比し広い禁制帯幅を
有する障壁層とを順次にかつ交互に積層した多重量子井
戸構造の形態の第１の活性層と、第１の活性層と同一の
組成および厚さをもつ第２の活性層と、第２の活性層゛
の一方の主面上に配置された第１の導電型を有するＩｎ
＋−ｘｚ−ｙ＋Ｇａｘ３−ｙ３Ｇａｘ３Ａｌｙ３Ａｓ　
（ただし０≦ｘ３．ｙ３≦ｙ２）からなる第１のクラッ
ド層と、第１の活性層の第２の活性層とは反対側の主面
上に配置された第１の導電型とは逆の第２の導電型を有
するＩｎ＋−ｘ３−ｙ３Ｇａｘ３ＡＪ２　ｙ３Ａｓ　（
ただし０≦ｘ３．ｙ３≦ｙ２）からなる第２のクラッド
層と、第１と第２の活性層の間に配置された第２の導電
型を有するＩｎｌ　−ｘ３−ｙ３Ｇａｘ３ＡｊＺ　ｙ３
八Ｓ（ただし０≦ｘ３．ｙ３≦ｙ２）からなる第３のク
ラッド層と、第１の活性層と第２のクラッド層との間に
配置されたＩｎＰ層と、ＩｎＰ層と同一の導電型を有し
、当該ＩｎＰ層上に配置された■ｎ１−ｘ４Ｇａｘ４Ａ
ｓ（ただし０≧ｘ４）によるキャップ層とを具え、Ｉｎ
Ｐ基板とキャップ層との間に印加する電圧に応じて、第
１および第２の活性層のいずれかに入射する光を第１お
よび第２の活性層のいずれに導波させるかを定めるよう
にしたことを特徴とする。

本発明製造方法の第１の形態は、半導体基板の一方の主
面上に、第１クラッド層、障壁層と量子井戸層から成る
少なくとも２つの活性層と活性層により挟まれた第３ク
ラッド層との組合せ、第２クラッド層、キャップ層およ
び電極層をこの順序に形成し、キャップ層の上にレジス
トを塗布し、その塗布されたレジストに対してエツチン
グを施して、光導波路形状のパターンをもつレジスト層
を形成し、第１．第２および第３クラッド層、活性層お
よびキャップ層についてはエツチングを行うことができ
るが、半導体基板についてはエツチングを行うことので
きないエツチング処理夜を用いて、第１．第２および第
３クラッド層、活性層、キャップ層および電極層を光導
波路の形状に工・ンチング処理し、レジスト層を除去す
ることを特徴とする。

本発明製造方法の第２の形態は、半導体基板の一方の主
面上に、第１クラッド層、障壁層と量子井戸層から成る
少なくとも２つの活性層と活性層により挟まれた第３ク
ラッド層との組合せ、耐エツチング材料層、第２クラッ
ド層、キャップ層および電極層をこの順序に形成し、キ
ャップ層の上にレジストを、塗布し、その塗布されたレ
ジストに対してエツチングを施して、光導波路形状のパ
ターンをもつレジスト層を形成し、第２クラッド層およ
びキャップ層についてはエツチングを行うことができる
が、耐エツチング材料層についてはエツチングを行うこ
とのできないエツチング溶液を用いて、第２クラッド層
、キャップ層および電極層を前記光導波路の形状にエツ
チング処理し、レジスト層を除去することを特徴とする
。

［作　用］ ＭＱＷ層に印加される電界による屈折率変化を利用する
場合、本発明のように、ＭＱＷ層をｎ形およびｎ形のク
ラッド層に挟まれた構成とすると、外部からの電圧がＭ
ＱＷ層のみにかかるため、効率よ＜　ＭＱＷ層の屈折率
を変化させることができるのに対し、その両側をｐ形り
ラッド層のみ、あるいはｎ形りラッド層のみで挟んだ構
成では、外部電圧は、ｎ形およびｎ形の両クラッド層で
挟まれたものに比べて、かかりにくい。

本発明において、ＭＱＷ活性層を光の波長程度に近接さ
せておけば、導波モートの結合が生じ、−の活性層を導
波される光は重圧印加により他の−の活性層へ移ること
が可能となる。

特願昭６１−３１７８２号では、１つの活性層に平行な
方向の同一面上に、すなわち水平方向に延在する２木の
平行なストリップ装荷構造を活性層に垂直に形成して、
その活性層内における光の透過する位置をこれら２つの
ストリップ装荷構造間で変えていだのに対して、本発明
では、複数の活性層間、すなわち活性層に垂直な方向に
おいて、光の導波する位置を変化させる。従って、特願
昭６１−３１７８２号では必要となる、光の波長オーダ
の寸法で形成しなければならない２木の平行なストリッ
プの幅や間隔等の加工が本発明では原理的に不要となり
、光の導波する位置間の距離は活性層間の第３クラッド
層の層厚で決まる。

一般に、物質に電界を加えると、電気光学効果によって
屈折率は変化するが、量子井戸構造ではバルク結晶に比
べかかる変化が大きいことが予想されている（例えばＥ
ｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　ＬｅｔｔｅｒｓＶｏｌ、２１．
　Ｎｏ、１３．　ｐｐ、５７９−５８０．　）１．Ｙａ
ｍａｍｏｔ。

等）。

従って、電界による屈折率の変化に伴って、それぞれの
ＭＱＷ活性層の光の伝播定数に差が生じ、両導波路（活
性層）間において光のパワー結合量は変化するが、本発
明によれば結合長を通常のバルク形のものに比べて短く
でき、しかも電圧も小さくて済む。素子の長さが長いと
熱膨張等の影響を受けやすく、かつこの長さにわたって
均一な寸法および性能をもつ素子を作製することはプロ
セス工程上および結晶成長上困難であった。しかもまた
、バルク形の場合には、電圧を通常＋数■のように大き
く加える必要があるが、高速で高電圧を発生できるパル
ス発生器は少なく、このことも実用上問題であった。

［実施例］ 以下に図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図（Ａ）は本発明の第１の実施例を示す斜視図であ
って、ここに２１はｎ形ＩｎＰ結晶基板、２２は基板２
１上に配置したｎ形Ｉｎｏ、　５３ＧａＯ４ｙ−ａＡ　
ｆｌ　ａＡｓ（０くａ≦ｘ）第１クラッド層である。

２３は、第１図（Ｂ）　　に示すように、アンドープＩ
ｎｏ、　５３Ｇａｏ、　４７−ＸＡ　ＪＺ　ＸＡＳ障壁
層（０くｘ≦０．４７）　、　２４はアンドープＩｎｏ
、　ｓ＊Ｇａｏ４７−ｙＡ　ｘ　、Ａｓ量子井戸層（０
≦ｙ＜ｘ）であり、（ｍ＋１）層の障壁層２３とｍ層の
量子井戸層２４とを交互に積層して多重量子井戸（ＭＱ
Ｗ）構造の第２活性層２５を構成する。

この第２活性層２５を第１クラッド層２２の上に配置す
る。２６はこの第２活性層２５上に配置したｎ形１ｎＧ
ａ−　Ａｓ第３クラッド層である。２７はＩｎＧａＡｎ
　Ａｓ第３クラッド層２６上に配置され、第２活性層２
５と同一の組成および厚さを有する多重量子井戸構造の
第１活性層である。この第１活性層２７もまた、上述し
た障壁層２３と量子井戸層２４とを交互に積層したＭＱ
Ｗ構造とする。

２８はｐ形１ｎｏ、５Ｇａｏ、　４７ｊＺＡ　Ｉ−ｚＡ
ｓ　＝　２クラッド層（０≦Ｚ≦ｙ）、２９は第２クラ
ッド層２８上にこの第２クラッド層２８と同一パターン
で配置されたＩｎｏ、　５３Ｇａ０．４７八Ｓキャップ
層である。

３０は基板２１の下面に配置したｎ形電極、３１はキャ
ップ層２９上に、このキャップ層２９と同一パターンで
配置されたｐ形電極である。

この構造を得るには、たとえば分子線エピタキシー法を
用いて、たとえば第２図（Ａ）　　に示すように、基板
２１の上にｎ形Ｉｎｏ、　５３［１ａＯ４７−ａＡ　Ｋ
ｌ　ａＡｓ　（０＜　ａ≦ｘ）第１クラッド層２２）ア
ンドープｌ１ｌｏ、　５３Ｇａ０．４７−ＸＡ　ｊ２　
、Ａｓ障壁層２３およびアンドープＩｎｏ、　５３Ｇａ
ｏ４７−ｙＡ　Ｉｌ、　、Ａｓ二子井戸層２４を交互に
積層した第２活性層２５、ｎ形１ｎＧａＡＪ２Ａｓ第３
クラッド層２６、アンドープＩｎｏ５３Ｇａａ、　４７
−ＺＡ　ｆｌ　２Ａｓ障壁層２３およびアンドープ　Ｉ
ｎｏ、　ｓ３Ｇａｏ４７−ｙＡＩｌ、Ａｓ量子井戸層２
４を交互に積層した第１活性層２７、ｐ形Ｉｎｏ６．Ｇ
ａｏ、　４７−ｚＡｎ　、Ａｓ第２クラッド層２８およ
びｐ形Ｉｎｏ、　５３Ｇａｏ、　４７八Ｓキャップ層２
９を順次成長した後、ｎ形電極層３０およびｐ形電極層
３１をそれぞれ蒸着する。

ｐ型のストライブ電極３１の形成は、リフトオフ？去を
用いてフォトレジストに＜ＴＩＯ＞方向のストライプ窓
パターンを通常のマスク密着露光で作製した後に、Ａｕ
Ｚｎ／Ｚｎを０．３　μｍ厚に蒸着して幅ｌＯμｍのス
トライブＮ　ｇｉ３１を形成する。たとえば、第２図（
Ａ）　　に示すように電極層３１上にレジスト、たとえ
ばＡＺ１３５０の層３３を塗布してから、第２図（Ｂ）
　　に示すようにそのレジスト層３３をストライブパタ
ーンにフォトエツチングする。なお、ストライブ電極３
１には８０ｘ、８０（μｍ）２のボンディング用パッド
を付加しておく。

ついで、第２図（Ｃ）に示すようにメサエッチングを行
う。ここで、選択エツチング溶液として、ＩｎＰで選択
性をもたせるためにはヨウ化カリウムＫｌを用いること
によって、１ｎＰ基板２１は、ヨウ化カリウムでエツチ
ングされないので、第２図（Ｇｌ）　　に示すように、
ｐ形電極３１とともにｌｎｏ、　５ｓＧａｏ、　４７Ａ
Ｓキャップ層２９、Ｉｎｏ、　５３Ｇ８０．４７−ＺＡ
２□Ａｓ第２□ラット層２８、第１および第２活性層２
７および２５、第３および第１クラッド層２６および２
２をも同時にメサエッチングでき、したがって、１度の
エツチングでメサ構造を作製できる。

引き続き、電極３１上のレジスト層３３を剥離して、第
２図（Ｄ）　　に示すようなハイメサ構造を得る。

第１図（Ａ）の実施例において、ｎ形ＳｎドープＩｎＰ
基板２１のキャリア濃度を２　ｘ　１０１１０１８ａ、
ｎ形ＳｉドープＩｎｏ、　５３Ｇａｏ、　４７−ａ　Ａ
　ｆｌ　ａＡｓ第１クラッド層２２のキャリア濃度をＩ
　ｘ　１０１１０ｌ８”、厚さを０．５μｍとなし、こ
のアンドープＩｎｏ、　５３Ａ　１０．４７ＡＳ障壁層
２３の厚さを６７人、層数を４０層、アンドープＩｎｏ
、　５３Ｇａｏ、　４７ＡＳ量子井戸層２４の厚さを６
７人、層数を３９層、ｎ形ＢｅドープＩｎＧａＡβＡｓ
第３クラッド層２６のキャリア濃度を１　ｘ　１０”　
ｃ＋ｕ−３、厚さをｔｌ、２μｍとし、アンドープ第１
活性層２７を第２活性層ｚ５と同じ組成および厚さをも
つものとし、ｐ形ＢｅドープＩｎｏ、　５ｓＧａｏ４７
−ｚＡ　ｆｌ　、Ａｓ第２クラッド層２８のキャリア濃
度をＩ　Ｘ　１０”ｃｍ−３、厚さを１．２ｕ　ｍ　＊
　Ｉｎｏ、　５ｓＧａｏ、　４７八Ｓキャップ層２９の
キャリア？ｌＡ度を２　Ｘ　１０”　ｃｍ−”、厚さを
０．２μｍとした。これらの層は分子線エピタキシー法
によって成長させた。また、ｎ形電極３０としては八ｕ
ＧｅＮｉ、　　Ｐ形電極３１としてはＡｕＺｎ／Ｚｎを
用いた。素子の長さは１５０μｍとした。

このようにして作製した素子において、ｎ形電極３０を
プラス、ｐ形電極３１をマイナスとして、１０５Ｖ／ｃ
ｍの電界（５Ｖの電圧）を印加したところ、波長１．５
５μｍにおける光の透過の様子（近視野像）は、第１活
性層２７を導波していた光のスポットが第２活性層２５
の位置に移動した。すなわち、第３図に示すように、電
１３（ｌと３１との間にこのように電圧を印加すること
により、第１活性層２７への入力光Ａに対して、光の透
過する位置を活性層２７と２５との間で変えることがて
き、電圧を印加しないときの出力光已に対して、電圧印
加時には出力光Ｃを得ることができた。また、パルス状
印加電圧に対する応答時間は、１００ｐｓ以下にするこ
とができた。この応答時間は素子の容量で決まる。

なお、入力光Ａを入射させるのは第１活性層２７にのみ
限られるものではなく、クラッド層の導電型ｐ、ｎの設
定により、第４図に示すように第２活性層２５に人力光
Ａを導くようにしてもよい。

要するに、電極３０と３１との間に印加する電圧により
発生する電界に応じて活性層２５および２７の一方の透
過率、屈折率が変化することにより、他方の活性層に光
の通路がスイッチされるのであるから、かかる電界は、
電極３１に近い方にのみ印加される必要はなく、電極３
１から遠い方にも作用されるような強さとしておくこと
が必要である。そして、いずれの活性層にのみ電界を選
択的に印加するということは、クラッド層の導電型との
組合せで定めることができる。

第５図は本発明の他の実施例を示すもので、図中、第１
図（Ａ）および（Ｂ）　　と同様の個所には同一の符号
を付す。

本実施例においては、ＩｎＰ基板２１上に、第１クラッ
ド層２２）第２活性層２５、第３クラッド層２６、第１
活性層２７　、ＩｎＰ層３５を順次に積層する。そのＩ
ｎＰ層３層上５上、第２クラッド層２８およびキャップ
層２９を積層してからメサエッチングすることにより、
これら両層２８および２９より成るメサストライプ、す
なわちストリップ装荷構造３６を配設する。電極３０を
ＩｎＰ基板２１の下面に配置し、電極３１をキャップ層
２９の上面に配置する。

このように、本実施例では、第１図（Ａ）のようなメサ
構造とせずに、ストリップ装荷構造を形成し、光がメサ
部分の下の平坦な部分を導波するようにする。本例では
、エツチングに対する緩衝層としてのＩｎＰ層３５を設
けることによって、メサ形成用エツチング時にエツチン
グ選択性をもたせている。すなわち、ヨウ化カリウムは
ＩｎＰ層３５をエツチングしないので、この特性を利用
して、メサストライプによるストリップ装荷構造３６を
形成する。この結果、電極３０と３１との間に電圧を印
加すると、光は横方向にも閉じ込められる。この横方向
の光閉じ込めは、第１図（Ａ）　　に示したハイメサ構
造における空気と半導体との大きな屈折率差による光閉
じ込めの場合に比べ、屈折率差は小さく、かつ導波部は
同一層内に形成されるので、メサ側面の凹凸による散乱
の問題がなく、導波特性は良好となる。

なお、本発明において基板に対して垂直方向に設ける活
性層の層数は、上側の２層に限られず、を設けて、各活
性層に対して独立に電圧を印加てきるようにする。

第６図は活性層か３層の実施例を示し、ここでは、クラ
ッド層２６と活性層２７との間に、活性層２５′　およ
びクラッド層２６′　を積層する。クラッド層２６′　
の上面を露出させ、その上にキャップ層２９′　および
電極３１′　を配置する。ここで、′をつけた参照番号
は、′をつけない参照番号と同様の構成の層である。

本例では、電極３０．３１および３１’　　に独立に電
圧を印加できるようになし、たとえば、中央の活性層２
５′　　を伝播する光が、電極３１’　　に印加される
電圧に応じて、活性層２５または２７に８勅するように
できる。導波光の移動方向は、活性層２５．’２５’　
および２６の両側のクラッド層２２，２６．２８’　　
および２８の導電型と電極３０．３１および３１′　　
に印加される電圧の大きさと極性により、あらかしめ定
めておくことができる。

［発明の効果コ 以上説明したように、本発明によれば、電圧を加えるこ
とによって光の導波する部分を高速で変化させることが
できるので、−の活性層を導波する出力光の強度を電圧
で制御することが可能となり、光変調、光スィッチ等の
機能素子として動作させることが可能である。その場合
の印加電圧も数Ｖで済み、容易に人手可能な高速パルス
発生器で使用できる。しかもまた、光を量子井戸構造に
平行に入射して光の結合長を、垂直入射に比べて、長く
とれるため、光変調を高速かつ効率よく行うことができ
る。さらにまた、本発明では量子井戸構造を採用してい
るため、電界印加による屈折率変化が大ぎく、バルク形
に比べ素子長を長くとる必要かなくなり、温度変化等の
影響を受けにくい利点もある。

このように、本発明は、低電圧でかつ高速で光の変調を
行うことができるため、超大容量（Ｉ　Ｇｂ／ｓ以上）
でかつ長距離の光フアイバ伝送における外部変調器とし
て利用したり、高速光スイッチとして用いたり、あるい
は、短い素子長で、低電圧で駆動する方向性結合器とし
ての利用も可能である。

さらに加えて、本発明では、薄層間で光のパワー結合量
を変化できるので、通常のストリップ装荷形方向性結合
器に比べ製造工程も容易である。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）は本発明光変調器の一実施例の構成を示す
斜視図、 第１図（Ｂ）はその部分詳細図、 第２図（Ａ）〜（Ｄ）は本発明の製造工程の一例を順次
に示す工程図、 第３図および第４図は本発明の一実施例の動作説明用の
側面図、 第５図は本発明光変調器の他の実施例の構成を示す斜視
図、 第６図は本発明光変調器のさらに他の実施例の構成を示
す側面図である。 ２１・・・ＩｎＰ基板、 ２２−１ｎｏ、　５３Ｇａｏ、　４７−ＡＡ　Ｉｔ　ａ
Ａｓ第１クラッド層、 ２：ｌ・・Ｉｎ０．５３（ｉａｏ、　４７−ＸＡ　１　
、Ａｓ障壁層、２４−・−Ｉｎｏ、　５３Ｇａｏ、　４
７−ｙＡ　ｆｌ　、Ａｓ量子井戸層２５・・・第２活性
層（２３，２４）、２５′　・−第３活性層、 ２６、　２６’　　−１ｎｏ、５ｓＧａｏ、４７−ＫＡ
　　Ｉｔ　　、Ａｓ　　第　３クラッド層、 ２７・・・第１活性層（２３，２４）、２８・・・Ｉｎ
ｏ、　３５ＧａＯ４７−２ＡＩＬ八ｓ第八ツ第２クラツ ド！ｌ・・Ｉｎｏ、　５３（ｉａｏ、　４７ＡＳキヤ’
／プ層、３０・・・電極、 ３１、３１’・・・電極、 ３３・・・レジスト層、 ３５・・・ＩｎＰ層、 ３６・・−ストリップ装荷構造。 特許出願人　　日本電信電話株式会社 代　理　人　　弁理士　谷　　義　− ｃｏ（ Ｈ＋ｆｆ 本発ＢＩｌｌｌ＊施渭１１の（９１１面図第４図 Ｎ　　　″　　１６ 派　　　　　　さ Ｕ 本七爬５明大方ヒイダリ　０　イ貝りｉ　図第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）半導体基板と、 該半導体基板の一方の主面上に配置した第１クラッド層
   と、 障壁層と量子井戸層とから成り、前記第１クラッド層の
   上に配置した活性層であって、該活性層一方の端面から
   入射した光を他方の端面から出射させる光導波路の形成
   される少なくとも２つの活性層と、 該少なくとも２つの活性層に形成される光導波路の形状
   に対応した形状を有し、前記少なくとも２つの活性層の
   うち前記半導体基板から最も遠い位置にある活性層上に
   配置した第２クラッド層と、 前記少なくとも２つの活性層の間に配置した少なくとも
   ひとつの第３クラッド層と、 前記半導体基板の他方の主面上に配置した第１電極と、 前記第２クラッド層の上に配置した第２電極とを具え、 前記第１電極と前記第２電極との間の印加電圧に応じて
   、前記少なくとも２つの活性層に前記光導波路が限界さ
   れると共に、その光導波路に入射する光がいずれの活性
   層内を導波されるかの状態を変化させるようにしたこと
   を特徴とする光変調器。 ２）特許請求の範囲第１項記載の光変調器において、 前記第１、第２および第３クラッド層、および前記活性
   層のすべてをメサ構造としたことを特徴とする光変調器
   。 ３）半導体基板と、 該半導体基板の一方の主面上に配置した第１クラッド層
   と、 障壁層と量子井戸層とから成り、前記第１クラッド層の
   上に配置した活性層であって、該活性層一方の端面から
   入射した光を他方の端面から出射させる光導波路の形成
   される少なくとも２つの活性層と、 該少なくとも２つの活性層に形成される光導波路の形状
   に対応した形状を有し、前記少なくとも２つの活性層の
   うち前記半導体基板から最も遠い位置にある活性層上に
   配置した第２クラッド層と、 前記第２クラッド層と前記少なくとも２つの活性層のう
   ち前記半導体基板から最も遠い位置にある活性層との間
   に配置した緩衝層と、 前記半導体基板の他方の主面上に配置した第１電極と、 前記第２クラッド層の上に配置した第２電極とを具え、 前記第２クラッド層および前記第２電極は、前記緩衝層
   の上でメサストライプの形態と なし、前記第１電極と前記第２電極との間の印加電圧に
   応じて、前記メサストライプに対応して、前記少なくと
   も２つの活性層に前記光導波路が限界されると共に、そ
   の光導波路に入射する光がいずれの活性層内を導波され
   るかの状態を変化させるようにしたことを特徴とする光
   変調器。 ４）ＩｎＰ基板と、 ＩｎＰと格子整合しているＩｎ＿１＿−＿ｘ＿１＿−＿
   ｙ＿１Ｇａ＿ｘ＿１Ａｌ＿ｙ＿１Ａｓ（ただし、０≦ｙ
   ＿１）よりなる量子井戸層と、ＩｎＰと格子整合してい
   るＩｎ＿１＿−＿ｘ＿２＿−＿ｙ＿２Ｇａ＿ｘ＿２Ａｌ
   ＿ｙ＿２Ａｓ（ただし、ｙ＿１＜ｙ＿２、０≦ｘ＿２）
   よりなり、前記量子井戸層に比し広い禁制帯幅を有する
   障壁層とを順次にかつ交互に積層した多重量子井戸構造
   の形態の第１の活性層と、 該第１の活性層と同一の組成および厚さをもつ第２の活
   性層と、 前記第２の活性層の一方の主面上に配置された第１の導
   電型を有するＩｎ＿１＿−＿ｘ＿３＿−＿ｙ＿３Ｇａ＿
   ｘ＿３Ａｌ＿ｙ＿３Ａｓ（ただし０≦ｘ＿３、ｙ＿３≦
   ｙ＿２）からなる第１のクラッド層と、 前記第１の活性層の前記第２の活性層とは反対側の主面
   上に配置された第１の導電型とは逆の第２の導電型を有
   するＩｎ＿１＿−＿ｘ＿３＿−＿ｙ＿３Ｇａ＿ｘ＿３Ａ
   ｌ＿ｙ＿３Ａｓ（ただし０≦ｘ＿３、ｙ＿３≦ｙ＿２）
   からなる第２のクラッド層と、 前記第１と第２の活性層の間に配置された前記第１の導
   電型を有するＩｎ＿１＿−＿ｘ＿３＿−＿ｙ＿３Ｇａ＿
   ｘ＿３Ａｌ＿ｙ＿３Ａｓ（ただし０≦ｘ＿３、ｙ＿３≦
   ｙ＿２）からなる第３のクラッド層と を具えたことを特徴とする光変調器。 ５）ＩｎＰ基板と、 ＩｎＰと格子整合しているＩｎ＿１＿−＿ｘ＿１＿−＿
   ｙ＿１Ｇａ＿ｘ＿１Ａｌ＿ｙ＿１Ａｓ（ただし、０≦ｙ
   ＿１）よりなる量子井戸層と、ＩｎＰと格子整合してい
   るＩｎ＿１＿−＿ｘ＿２＿−＿ｙ＿２Ｇａ＿ｘ＿２Ａｌ
   ＿ｙ＿２Ａｓ（ただし、ｙ＿１＜ｙ＿２、０≦ｘ＿２）
   よりなり、前記量子井戸層に比し広い禁制帯幅を有する
   障壁層とを順次にかつ交互に積層した多重量子井戸構造
   の形態の第１の活性層と、 該第１の活性層と同一の組成および厚さをもつ第２の活
   性層と、 前記第２の活性層の一方の主面上に配置された第１の導
   電型を有するＩｎ＿１＿−＿ｘ＿３＿−＿ｙ＿３Ｇａ＿
   ｘ＿３Ａｌ＿ｙ＿３Ａｓ（ただし０≦ｘ＿３、ｙ＿３≦
   ｙ＿２）からなる第１のクラッド層と、 前記第１の活性層の前記第２の活性層とは反対側の主面
   上に配置された第１の導電型とは逆の第２の導電型を有
   するＩｎ＿１＿−＿ｘ＿３＿−＿ｙ＿３Ｇａ＿ｘ＿３Ａ
   ｌ＿ｙ＿３Ａｓ（ただし０≦ｘ＿３、ｙ＿３≦ｙ＿２）
   からなる第２のクラッド層と、 前記第１と第２の活性層の間に配置された前記第２の導
   電型を有するＩｎ＿１＿−＿ｘ＿３＿−ｙ＿３Ｇａ＿ｘ
   ＿３Ａｌ＿ｙ＿３Ａｓ（ただし０≦ｘ＿３、ｙ＿３≦ｙ
   ＿２）からなる第３のクラッド層と を具えたことを特徴とする光変調器。 ６）ＩｎＰ基板と、 ＩｎＰと格子整合しているＩｎ＿１＿−＿ｘ＿１＿−ｙ
   ＿１Ｇａ＿ｘ＿１Ａｌ＿ｙ＿１Ａｓ（ただし、０≦ｙ＿
   １）よりなる量子井戸層と、ＩｎＰと格子整合している
   Ｉｎ＿１−＿ｘ＿２＿−＿ｙ＿２Ｇａ＿ｘ＿２Ａｌ＿ｙ
   ＿２Ａｓ（ただし、ｙ＿１＜ｙ＿２、０≦ｘ＿２）より
   なり、前記量子井戸層に比し広い禁制帯幅を有する障壁
   層とを順次にかつ交互に積層した多重量子井戸構造の形
   態の第１の活性層と、 該第１の活性層と同一の組成および厚さをもつ第２の活
   性層と、 前記第２の活性層の一方の主面上に配置された第１の導
   電型を有するＩｎ＿１＿−＿ｘ＿３＿−＿ｙ＿３Ｇａ＿
   ｘ＿３Ａｌ＿ｙ＿３Ａｓ（ただし０≦ｘ＿３、ｙ＿３≦
   ｙ＿２）からなる第１のクラッド層と、 前記第１の活性層の前記第２の活性層とは反対側の主面
   上に配置された第１の導電型とは逆の第２の導電型を有
   するＩｎ＿１＿−＿ｘ＿３＿−＿ｙ＿３Ｇａ＿ｘ＿３Ａ
   ｌ＿ｙ＿３Ａｓ（ただし０≦ｘ＿３、ｙ＿３≦ｙ＿２）
   からなる第２のクラッド層と、 前記第１と第２の活性層の間に配置された前記第１の導
   電型を有するＩｎ＿１＿−＿ｘ＿３＿−＿ｙ＿３Ｇａ＿
   ｘ＿３Ａｌ＿ｙ＿３Ａｓ（ただし０≦ｘ＿３、ｙ＿３≦
   ｙ＿２）からなる第３のクラッド層と、 前記第１の活性層と前記第２のクラッド層との間に配置
   されたＩｎＰ層と、 該ＩｎＰ層と同一の導電型を有し、当該ＩｎＰ層上に配
   置されたＩｎ＿１＿−＿ｘ＿４Ｇａ＿ｘ＿４Ａｓ（ただ
   し０≧ｘ＿４）によるキャップ層とを具え、 前記ＩｎＰ基板と前記キャップ層との間に印加する電圧
   に応じて、前記第１および第２の活性層のいずれかに入
   射する光を前記第１および第２の活性層のいずれに導波
   させるかを定めるようにしたことを特徴とする光変調器
   。 ７）ＩｎＰ基板と、 ＩｎＰと格子整合しているＩｎ＿１＿−＿ｘ＿１＿−＿
   ｙ＿１Ｇａ＿ｘ＿１Ａｌ＿ｙ＿１Ａｓ（ただし、０≦ｙ
   ＿１）よりなる量子井戸層と、ＩｎＰと格子整合してい
   るＩｎ＿１＿−＿ｘ＿２＿−＿ｙ＿２Ｇａ＿ｘ＿２Ａｌ
   ＿ｙ＿２Ａｓただし、ｙ＿１＜ｙ＿２、０≦ｘ＿２）よ
   りなり、前記量子井戸層に比し広い禁制帯幅を有する障
   壁層とを順次にかつ交互に積層した多重量子井戸構造の
   形態の第１の活性層と、 該第１の活性層と同一の組成および厚さをもつ第２の活
   性層と、 前記第２の活性層の一方の主面上に配置された第１の導
   電型を有するＩｎ＿１＿−＿ｘ＿３＿−＿ｙ＿３Ｇａ＿
   ｘ＿３Ａｌ＿ｙ＿３Ａｓ（ただし０≦ｘ＿３、ｙ＿３≦
   ｙ＿２）からなる第１のクラッド層と、 前記第１の活性層の前記第２の活性層とは反対側の主面
   上に配置された第１の導電型とは逆の第２の導電型を有
   するＩｎ＿１＿−＿ｘ＿３＿−＿ｙ＿３Ｇａ＿ｘ＿３Ａ
   ｌ＿ｙ＿３Ａｓ（ただし０≦ｘ＿３、ｙ＿３≦ｙ＿２）
   からなる第２のクラッド層と、 前記第１と第２の活性層の間に配置された前記第２の導
   電型を有するＩｎ＿１＿−＿ｘ＿３＿−＿ｙ＿３Ｇａ＿
   ｘ＿３Ａｌ＿ｙ＿３Ａｓ（ただし０≦ｘ＿３、ｙ＿３≦
   ｙ＿２）からなる第３のクラッド層と、 前記第１の活性層と前記第２のクラッド層との間に配置
   されたＩｎＰ層と、 該ＩｎＰ層と同一の導電型を有し、当該ＩｎＰ層上に配
   置されたＩｎ＿１＿−＿ｘ＿４Ｇａ＿ｘ＿４Ａｓ（ただ
   し０≧ｘ＿４）によるキャップ層とを具え、 前記ＩｎＰ基板と前記キャップ層との間に印加する電圧
   に応じて、前記第１および第２の活性層のいずれかに入
   射する光を前記第１および第２の活性層のいずれに導波
   させるかを定めるようにしたことを特徴とする光変調器
   。 ８）半導体基板の一方の主面上に、第１クラッド層、障
   壁層と量子井戸層から成る少なくとも２つの活性層と該
   活性層により挟まれた第３クラッド層との組合せ、第２
   クラッド層、キャップ層および電極層をこの順序に形成
   し、 前記キャップ層の上にレジストを塗布し、 その塗布されたレジストに対してエッチングを施して、
   光導波路形状のパターンをもつレジスト層を形成し、 前記第１、第２および第３クラッド層、前記活性層およ
   び前記キャップ層についてはエッチングを行うことがで
   きるが、前記半導体基板についてはエッチングを行うこ
   とのできないエッチング溶液を用いて、前記第１、第２
   および第３クラッド層、前記活性層、前記キャップ層お
   よび前記電極層を前記光導波路の形状にエッチング処理
   し、 前記レジスト層を除去することを特徴とする光変調器の
   製造方法。 ９）半導体基板の一方の主面上に、第１クラッド層、障
   壁層と量子井戸層から成る少なくとも２つの活性層と該
   活性層により挟まれた第３クラッド層との組合せ、耐エ
   ッチング材料層、第２クラッド層、キャップ層および電
   極層をこの順　序に形成し、 前記キャップ層の上にレジストを塗布し、 その塗布されたレジストに対してエッチングを施して、
   光導波路形状のパターンをもつレジスト層を形成し、　 前記第２クラッド層および前記キャップ層についてはエ
   ッチングを行うことができるが、前記耐エッチング材料
   層についてはエッチングを行うことのできないエッチン
   グ溶液を用いて、前記第２クラッド層、前記キャップ層
   および前記電極層を前記光導波路の形状にエッチング処
   理し、 前記レジスト層を除去することを特徴とする光変調器の
   製造方法。